霍普金森拉壓一體實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種霍普金森拉壓一體實驗裝置，其拉伸和壓縮實驗使用的充氣裝置、氣缸、發射炮、發射炮控制系統和子彈是兩套相互獨立的系統，而固定導軌、可調支撐裝置、數據采集系統、入射桿、透射桿和吸收裝置則是共用的系統，既可以分別進行拉伸和壓縮兩種實驗，又可以大大降低了成本，且采用凸臺螺紋，使得試件的更換更加便利，使得實驗過程得到了進一步的簡化，對于單一、實驗量大的實驗，效率有了顯著的提升。
【專利說明】霍普金森拉壓一體實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料力學性能實驗領域，特別是一種霍普金森拉壓一體實驗裝置。
【背景技術】
[0002]在材料的力學研究過程中，我們經常發現其壓縮和拉伸性能是不對稱的，不能簡單地將壓縮表現出來的力學性能應用到拉伸環境中。這樣就需要搭建可以研究材料拉伸性能的實驗裝置。目前獨立存在的實驗裝置有霍普金森壓桿和霍普金森拉桿，如果同時將兩個實驗裝置建立起來成本很高并且十分占用空間資源。故我們考慮將兩種實驗裝置整合為一體實驗裝置，這樣既節約了成本，又節省了實驗室的空間資源。
[0003]拉壓一體霍普金森桿裝置是基于霍普金森試驗原理，對霍普金森壓桿進行改進的用于測量材料高應變率拉伸和壓縮性能的試驗裝置，所以對于實驗裝置的改進應滿足波在桿中傳播的一維性和均勻性。文獻“Lindholm, U.S., Yeakley, L.M., Nagy, A.:High strainrate testing: tension and compression.Exp.Mech.8，1-9 (1968) ” 中給出的實驗裝置由于桿截面的不一致性、透射桿中孔的作用以及試件與桿之間的摩擦使得上述條件很難滿足。文獻“Nicholas.T:Tensile testing of materials at high rates of strain.Exp.Mech, 21:177 - 185 (1980)”對于波在桿中傳播一維性和均勻性有了非常大的提升，并且基本保證傳入試樣的那一部分壓縮波不會引起試樣的塑性變形，但加工和實驗過程較為繁瑣，不適用于實驗量較大的研究。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種實驗過程簡單，適用于大量實驗研究的霍普金森拉壓一體實驗裝置。
[0005]實現本發明目的的技術解決方案為:
[0006]一種霍普金森拉壓一體實驗裝置，水平臺上設置有固定導軌，炮管支架和壓縮實驗發射裝置，炮管支架支撐壓縮實驗發射裝置的炮管，固定導軌上設置有配套滑塊，配套滑塊上從左到右分別安裝有動能吸收器和微調支撐裝置，微調支撐裝置從左到右支撐波吸收桿、雙端面螺紋孔實驗桿和單端面螺紋孔孔桿，拉伸實驗發射裝置設置在固定導軌上，雙端面螺紋孔實驗桿穿過拉伸實驗發射裝置，法蘭盤波轉換器為圓柱凸臺結構，凸臺上加工螺紋，螺紋與雙端面螺紋孔實驗桿的內螺紋配合，法蘭盤波轉換器通過螺紋連接在雙端面螺紋孔實驗桿靠近波吸收桿的一端，試件夾持裝置與法蘭盤波轉換器結構相同，通過螺紋分別連接在雙端面螺紋孔實驗桿靠近單端面螺紋孔孔桿的一端和單端面螺紋孔孔桿靠近雙端面螺紋孔實驗桿的一端；拉伸實驗發射裝置的拉伸實驗炮管內設置有帶中心孔的活塞和管狀子彈，雙端面螺紋孔實驗桿分別穿過帶中心孔的活塞和管狀子彈。
[0007]本發明與現有技術相比，其顯著優點:
[0008](I)本發明由于將拉伸發射裝置有機的整合到了霍普金森壓縮實驗裝置中，因此，可以在一個霍普金森實驗裝置中分別進行拉伸和壓縮實驗研究材料的力學性能，且除了發射系統外均采用同一實驗設備，大大降低了成本。
[0009](2)本發明由于實驗設備中采用凸臺螺紋，使得試件的更換更加便利，使得實驗過程得到了進一步的簡化；對于單一、實驗量大的實驗，效率有了顯著的提升。
[0010](3)本發明拉伸試驗采用氣體推動活塞，活塞帶動子彈的方法對子彈進行加速，這樣減少了子彈的加速距離，優化了實驗裝置。
[0011]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的總體結構示意圖。
[0013]圖2是本發明的拉伸實驗發射裝置結構示意圖。
[0014]圖3是本發明的壓縮實驗發射裝置結構示意圖。
[0015]圖4是本發明的拉伸炮管的剖視圖。
[0016]圖5是本發明的法蘭盤波轉換器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]結合圖1?圖5:
[0018]本發明公開了一種霍普金森拉壓一體實驗裝置，水平臺I上設置有固定導軌2，炮管支架11和壓縮實驗發射裝置12，炮管支架11支撐壓縮實驗發射裝置12的炮管，固定導軌2上設置有配套滑塊4，配套滑塊4上從左到右分別安裝有動能吸收器3和微調支撐裝置5，微調支撐裝置從左到右支撐波吸收桿6、雙端面螺紋孔實驗桿8和單端面螺紋孔孔桿10，拉伸實驗發射裝置9設置在固定導軌2上，雙端面螺紋孔實驗桿8穿過拉伸實驗發射裝置9，法蘭盤波轉換器7為圓柱凸臺結構，凸臺上加工螺紋，螺紋與雙端面螺紋孔實驗桿8的內螺紋配合，法蘭盤波轉換器7通過螺紋連接在雙端面螺紋孔實驗桿8靠近波吸收桿6的一端，試件夾持裝置31與法蘭盤波轉換器7結構相同，通過螺紋分別連接在雙端面螺紋孔實驗桿8靠近單端面螺紋孔孔桿10的一端和單端面螺紋孔孔桿10靠近雙端面螺紋孔實驗桿8的一端；拉伸實驗發射裝置9的拉伸實驗炮管13內設置有帶中心孔的活塞30和管狀子彈29，雙端面螺紋孔實驗桿8分別穿過帶中心孔的活塞30和管狀子彈29。
[0019]拉伸實驗發射裝置9的實驗炮管13設置在固定導軌2上，拉伸實驗氣缸17設置在拉伸實驗炮管13的上方，拉伸實驗進氣口 14通過拉伸實驗進氣口電磁閥15連接拉伸實驗氣缸17，拉伸實驗氣缸17上端設置拉伸實驗壓力傳感器16，另一端依次通過拉伸實驗出氣口電磁閥18、拉伸實驗手動閥19和直角導氣管20與拉伸實驗炮管相連。
[0020]壓縮實驗氣缸24固定在水平臺I上，壓縮實驗氣缸24通過壓縮實驗出氣口電磁閥26和壓縮實驗出氣口手動閥22與拉伸實驗炮管21相連，另一端依次通過螺紋連接有端蓋27，壓縮實驗進氣口電磁閥25和壓縮實驗進氣口 28。
[0021]在附圖1中，水平臺I作為整個實驗裝置的基座，其上安裝固定導軌2使整個實驗裝置在一條直線上。配套滑塊4可以在固定導軌2上滑動和固定，用來連接微調支撐裝置5和固定導軌2。下面分別介紹壓縮試驗和拉伸實驗的【具體實施方式】:
[0022]壓縮試驗:將試件夾持裝置31螺紋連接到雙端面螺紋孔實驗桿8和單端面螺紋孔實驗桿10的相鄰端，試件置于試件夾持裝置31之間進行實驗。從壓縮實驗進氣口 28向壓縮實驗氣缸24充氣，此過程由壓縮實驗進氣口電磁閥25進行控制，壓縮實驗氣缸24內壓力的大小可以通過壓縮實驗壓力傳感器23獲得。壓縮實驗發射裝置發射子彈時應同時觸發壓縮實驗出氣口電磁閥26和壓縮實驗出氣口手動閥22才可使氣體對子彈進行加速從壓縮實驗炮管21射出。隨后子彈撞擊單端面螺紋孔實驗桿10并產生壓縮波，壓縮波經過試件后傳入雙端面螺紋孔實驗桿8，這樣就完成了壓縮加載過程。雙端面螺紋孔實驗桿8又將波傳入波吸收桿6并最終被動能吸收器3將能量吸收，數據采集卡收集雙端面螺紋孔實驗桿8和單端面螺紋孔實驗桿10中的電壓信號。
[0023]拉伸試驗:將粘結有試件的試件夾持裝置31螺紋連接到雙端面螺紋孔實驗桿8的和單端面螺紋孔實驗桿10的相鄰端，試件粘結于試件夾持裝置31之間進行實驗。充氣和發射控制與壓縮試驗相同，氣壓測量通過拉伸實驗壓力傳感器16實現。直角導氣管20改變氣流方向，使氣流通過推動帶中心孔活塞30，帶中心孔活塞30推動管狀子彈29完成發射過程。發射后子彈撞擊法蘭盤波轉換器7，使產生的壓縮波經過左端面后反射形成拉伸波傳入雙端面螺紋孔實驗桿8，拉伸波經過試件后傳入I單端面螺紋孔實驗桿0，這樣就完成了拉伸加載過程。法蘭盤波轉換器7撞擊并將波傳入波吸收桿6，最終被動能吸收器3將能量吸收，數據采集卡收集雙端面螺紋孔實驗桿8和單端面螺紋孔實驗桿10中的電壓信號。
[0024]若需要進行多次重復實驗過程中，壓縮試驗只需對試件進行更換，拉伸實驗也只是對與試件粘結在一起的試件夾持裝置31進行更換。
【權利要求】
1.一種霍普金森拉壓一體實驗裝置，水平臺(I)上設置有固定導軌(2)，炮管支架(11)和壓縮實驗發射裝置(12)，炮管支架(11)支撐壓縮實驗發射裝置(12)的炮管，固定導軌(2)上設置有配套滑塊(4)，配套滑塊(4)上從左到右分別安裝有動能吸收器(3)和微調支撐裝置(5)，微調支撐裝置從左到右支撐波吸收桿(6)、雙端面螺紋孔實驗桿(8)和單端面螺紋孔孔桿(10)，拉伸實驗發射裝置(9)設置在固定導軌(2)上，雙端面螺紋孔實驗桿(8)穿過拉伸實驗發射裝置(9)，其特征在于:法蘭盤波轉換器(7)為圓柱凸臺結構，凸臺上加工螺紋，螺紋與雙端面螺紋孔實驗桿(8)的內螺紋配合，法蘭盤波轉換器(7)通過螺紋連接在雙端面螺紋孔實驗桿(8)靠近波吸收桿(6)的一端，試件夾持裝置(31)與法蘭盤波轉換器(7)結構相同，通過螺紋分別連接在雙端面螺紋孔實驗桿(8)靠近單端面螺紋孔孔桿(10)的一端和單端面螺紋孔孔桿(10)靠近雙端面螺紋孔實驗桿(8)的一端；拉伸實驗發射裝置(9)的拉伸實驗炮管(13)內設置有帶中心孔的活塞(30)和管狀子彈(29)，雙端面螺紋孔實驗桿(8 )分別穿過帶中心孔的活塞(30 )和管狀子彈(29 )。
2.根據權利要求1所述的一種霍普金森拉壓一體實驗裝置，其特征在于:所述的拉伸實驗發射裝置(9)的實驗炮管(13)設置在固定導軌(2)上，拉伸實驗氣缸(17)設置在拉伸實驗炮管(13)的上方，拉伸實驗進氣口( 14)通過拉伸實驗進氣口電磁閥(15)連接拉伸實驗氣缸(17)，拉伸實驗氣缸(17)上端設置拉伸實驗壓力傳感器(16)，另一端依次通過拉伸實驗出氣口電磁閥(18)、拉伸實驗手動閥(19)和直角導氣管(20)與拉伸實驗炮管相連。
3.根據權利要求1所述的一種霍普金森拉壓一體實驗裝置，其特征在于:所述的壓縮實驗氣缸(24)固定在水平臺(I)上，壓縮實驗氣缸(24)通過壓縮實驗出氣口電磁閥(26)和壓縮實驗出氣口手動閥(22)與拉伸實驗炮管(21)相連，另一端依次通過螺紋連接有端蓋(27 )，壓縮實驗進氣口電磁閥(25 )和壓縮實驗進氣口( 28 )。
【文檔編號】G01N3/307GK103558100SQ201310530591
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】趙超, 鄭健, 鞠玉濤, 陳雄, 周長省, 許進升, 汪文強 申請人:南京理工大學